CN110534790A - 电池和层叠电池 - Google Patents
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Abstract
本公开的电池具备包含电极层、与电极层相对的对电极层和配置在电极层与对电极层间的固体电解质层的单电池、与电极层接触的电极集电体、与对电极层接触的对电极集电体和配置在电极集电体与对电极集电体间的密封构件。将密封构件的至少一部分设为第一密封部分,将包含第一密封部分、电极集电体中沿厚度方向观察电池时与第一密封部分重叠的部分、和对电极集电体中沿厚度方向观察电池时与第一密封部分重叠的部分在内的部分设为第一层叠部分,将包含单电池、电极集电体中沿厚度方向观察电池时与单电池重叠的部分、和对电极集电体中沿厚度方向观察电池时与单电池重叠的部分在内的部分设为第二层叠部分,此时第一层叠部分的厚度大于第二层叠部分的厚度。
Description
技术领域
本公开涉及电池和层叠电池。
背景技术
在日本特开2017-73374号公报中公开了正极层和负极层各自的面方向上的中心部附近的厚度大于面方向上的外周部附近的厚度的结构。在日本专利第5553072号公报中公开了具有用于将液态疏水性相变物质的流出进行密封的密封构件的结构。在日本特开2016-33880号公报中公开了将正极板、固体电解质层以及负极层的露出部分进行密封的、由密封材料构成的密封部。
发明内容
本公开的一技术方案的电池,具备单电池、电极集电体、对电极集电体和密封构件,所述单电池包含电极层、与所述电极层相对的对电极层、以及配置在所述电极层与所述对电极层之间的固体电解质层,所述电极集电体与所述电极层相接触,所述对电极集电体与所述对电极层相接触,所述密封构件配置在所述电极集电体与所述对电极集电体之间。所述单电池配置在所述电极集电体与所述对电极集电体之间。沿厚度方向观察所述电池的情况下,所述电极集电体包含不与所述电极层重叠的第一区域,所述第一区域包含所述电极集电体的外周的至少一部分,所述对电极集电体包含不与所述对电极层重叠的第二区域,所述第二区域包含所述对电极集电体的外周的至少一部分,所述密封构件与所述第一区域及所述第二区域重叠。将所述密封构件的至少一部分设为第一密封部分,将包含第一密封部分、所述电极集电体的一部分中沿厚度方向观察所述电池时与所述第一密封部分重叠的部分、以及所述对电极集电体的一部分中沿厚度方向观察所述电池时与所述第一密封部分重叠的部分在内的部分设为第一层叠部分,并将包含所述单电池、所述电极集电体一部分中沿厚度方向观察所述电池时与所述单电池重叠的部分、以及所述对电极集电体的一部分中沿厚度方向观察所述电池时与所述单电池重叠的部分在内的部分设为第二层叠部分,上述情况下,所述第一层叠部分的厚度大于所述第二层叠部分的厚度。
另外,本公开的一技术方案中的层叠电池具备第一电池和与所述第一电池层叠的第二电池,所述第一电池和所述第二电池分别是上述电池。
附图说明
图1是表示实施方式1中的电池的概略结构的图。
图2是表示实施方式1的变形例1中的电池的概略结构的图。
图3是表示实施方式1的变形例2中的电池的概略结构的图。
图4是表示实施方式1的变形例3中的电池的概略结构的图。
图5是表示实施方式1的变形例4中的电池的概略结构的图。
图6是表示实施方式1的变形例5中的电池的概略结构的图。
图7是表示实施方式1的变形例6中的电池的概略结构的图。
图8是表示实施方式1的变形例6中的电池的概略结构的另一例的俯视透视图。
图9是表示实施方式1的变形例6中的电池的概略结构的另一例的俯视透视图。
图10是表示实施方式1的变形例6中的电池的概略结构的另一例的俯视透视图。
图11是表示实施方式1的变形例6中的电池的概略结构的另一例的俯视透视图。
图12是表示实施方式1的变形例7中的电池的概略结构的图。
图13是表示实施方式1的变形例8中的电池的概略结构的图。
图14是表示实施方式1中的电池的制造方法的一例的图。
图15是表示实施方式2中的层叠电池的概略结构的图。
图16是示意地表示实施方式2中的层叠电池的使用例的图。
图17是表示实施方式2的变形例1中的层叠电池的概略结构的图。
图18是表示实施方式2的变形例2中的层叠电池的概略结构的图。
附图标记说明
100、102、104:发电元件
110:电极层
120、122:对电极层
130、132、133:电解质层
134:电极侧电解质层
135:对电极侧电解质层
210、212、214、216、218:电极集电体
210a、212a、214a、216a、218a、220a、222a、224a、226a、228a:第一板部
210b、220b:第二板部
218c、220c:第三板部
220、222:对电极集电体
230、232、234:第一区域
240:第二区域
310、312、314、316、317:密封构件
316a:第一密封部分
316b:第二密封部分
318:第一密封构件
319:第二密封构件
250:相对区域
410、412、414、416、418、418a、418b、419:第一层叠部分
420:第二层叠部分
430:第三层叠部分
500:加压夹具
510:上夹具
512:突起
520:下夹具
1000、1100、1200、1300、1400、1500、1600、1700、1800、2002、2004、2006:电池
2000、2100、2200:层叠电池
2010:电绝缘构件
2020:电极压板
2022:电极取出线
2030:对电极压板
2032:对电极取出线
2110、2120:空间
具体实施方式
(本公开的概述)
本公开的一技术方案的电池,具备单电池、电极集电体、对电极集电体和密封构件,所述单电池包含电极层、与所述电极层相对的对电极层、以及配置在所述电极层与所述对电极层之间的固体电解质层,所述电极集电体与所述电极层相接触,所述对电极集电体与所述对电极层相接触,所述密封构件配置在所述电极集电体与所述对电极集电体之间。所述单电池配置在所述电极集电体与所述对电极集电体之间。沿厚度方向观察所述电池的情况下,所述电极集电体包含不与所述电极层重叠的第一区域,所述第一区域包含所述电极集电体的外周的至少一部分,所述对电极集电体包含不与所述对电极层重叠的第二区域,所述第二区域包含所述对电极集电体的外周的至少一部分,所述密封构件与所述第一区域及所述第二区域重叠。将所述密封构件的至少一部分设为第一密封部分,将包含第一密封部分、所述电极集电体的一部分中沿厚度方向观察所述电池时与所述第一密封部分重叠的部分、以及所述对电极集电体的一部分中沿厚度方向观察所述电池时与所述第一密封部分重叠的部分在内的部分设为第一层叠部分,并将包含所述单电池、所述电极集电体一部分中沿厚度方向观察所述电池时与所述单电池重叠的部分、以及所述对电极集电体的一部分中沿厚度方向观察所述电池时与所述单电池重叠的部分在内的部分设为第二层叠部分,上述情况下,所述第一层叠部分的厚度大于所述第二层叠部分的厚度。
由此,能够提高电池极板的电接触。具体而言,由于在电极集电体与对电极集电体之间配置密封构件,所以能够在作为单电池的发电元件的周围将电极集电体与对电极集电体的间隔维持为一定距离以上(例如密封构件的厚度以上)。因此,能够抑制在发电元件的周围电极集电体和对电极集电体彼此接近。进而,通过使第一层叠部分的厚度T1大于第二层叠部分的厚度T2,能够降低外力直接影响到发电元件的可能性。由此,例如,在为了使电池极板的电接触提高而按压通电电极的情况下,与第二层叠部分相比,容易向第一层叠部分施加按压力(即外力)。也就是说,难以向包含发电元件的第二层叠部分施加外力,因此能够减小发电元件的破损风险,并且得到良好的电接触。
另外,例如,所述密封构件也可以包围所述单电池。
由此,能够利用密封构件而在作为单电池的发电元件的周围将电极集电体与对电极集电体的间隔维持为一定距离以上(例如密封构件的厚度以上)。因此,能够抑制在发电元件的周围电极集电体和对电极集电体彼此接近。
进而,即使在发电元件的周围电极集电体和对电极集电体中的一方发生了变形的情况下,也能够通过密封构件来抑制该变形部分与电极集电体和对电极集电体中的另一方接触。由此,能够进一步降低电极层和对电极层发生短路的风险。
另外,根据以上的结构,能够通过密封构件覆盖发电元件的侧面。由此,例如,即使在构成发电元件的材料等的一部分塌落的情况下,也能够通过密封构件来抑制该塌落的结构构件与电池内部的其他构件接触。因此,能够抑制由于电池的结构构件塌落而引起的电池内部的短路。由此,能够进一步提高电池的可靠性。
另外,例如,沿厚度方向观察所述电池的情况下,所述第一层叠部分也可以包含多个岛状部分,所述多个岛状部分彼此分离且位于所述单电池的外侧。
由此,当为了在电路中使电池与其它部件的连接可靠而对电池施加外力时,外力主要被第一层叠部分阻挡。因此,能够减轻对作为单电池的发电元件的应力,抑制发电元件的层间剥离以及破损等。
另外,例如,沿厚度方向观察所述电池的情况下,所述第一层叠部分可以具有条形,所述条形可以在所述单电池的外侧沿着所述单电池的外周而配置。
由此,通过第一层叠部分沿着作为单电池的发电元件的一边延伸,阻挡外力的面积变大,因此能够进一步减轻对发电元件的应力,更有效地抑制发电元件的层间的剥离以及破损等。
另外,例如,沿厚度方向观察所述电池的情况下,所述单电池的形状可以为矩形,所述第一层叠部分可以包含沿着所述矩形的2个对边分别配置的2个部分。
由此,第一层叠部分沿着作为单电池的发电元件的对边而设置,因此能够进一步减轻对发电元件的应力,抑制发电元件的层间的剥离以及破损等。
另外,例如,在厚度方向观察所述电池的情况下,所述第一层叠部分可以沿着所述单电池的整个周边连续地配置。
由此,由于第一层叠部分沿着作为单电池的发电元件的整个周边连续地设置,因此能够充分地减轻对发电元件的应力,能够更有效地抑制发电元件的层间的剥离以及破损等。
另外,例如,所述第一层叠部分可以在所述电池的厚度方向上比所述第二层叠部分向两侧突出。
由此,由于第一层叠部分向电池的两侧突出,因此能够进一步减轻对作为单电池的发电元件的应力,能够更有效地抑制发电元件的层间的剥离以及破损等。
另外,例如,所述密封构件也可以与所述单电池相接触。
由此,能够通过密封构件来保护电池的发电元件的侧面。例如,能够通过密封构件来抑制电极层所含有的电极材料、对电极层所含有的对电极材料以及固体电解质层所含有的固体电解质材料等的一部分发生塌落的情况。
另外,例如,所述密封构件可以包含第一密封构件和第二密封构件,所述第一密封构件包含第一材料,所述第二密封构件包含与所述第一材料不同的第二材料,所述第一密封构件比所述第二密封构件更靠近所述电极集电体,所述第二密封构件比所述第一密封构件更靠近所述对电极集电体。
由此,从反应性或机械特性等的观点出发,能够分别选择最适合作为正极侧密封构件材料的材料以及最适合作为负极侧密封构件材料的材料。由此,能够进一步提高电池的可靠性。
另外,例如,所述密封构件也可以包含第一材料,所述第一材料可以是绝缘性且不具有离子传导性的材料。
由此,通过第一材料为绝缘性,能够抑制电极集电体与对电极集电体之间的导通。另外,通过第一材料不具有离子传导性,能够抑制例如由于密封构件与其它电池的密封构件的接触而引起的电池特性降低。
另外,例如,所述第一材料也可以包含树脂。
由此,通过密封构件包含树脂(例如密封剂),在向电池施加了外力的情况下或者在电池暴露在潮湿气氛或气体成分中的情况下,能够利用密封构件的挠性、柔性或气体阻隔性来进一步抑制对发电元件造成不良影响的情况。由此,能够进一步提高电池的可靠性。
另外,例如,所述第一材料可以是选自环氧树脂、丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂以及倍半硅氧烷中的至少一种。
由此,能够使用例如容易固化的构件来形成密封构件。即,密封构件所含有的第一材料成为在初始状态下具有流动性、之后通过例如紫外线照射、热处理等而能够丧失流动性从而固化的材料。另外,通过根据需要进行利用热处理或者紫外线照射实施的暂时固化、或利用热处理实施的完全硬化,从而容易维持密封构件的厚度。
另外,例如,所述密封构件也可以包含粒子状的金属氧化物材料。
由此,能够进一步提高例如电池形状的维持力、绝缘性、导热性、防湿性等的密封构件的特性。
另外,例如,所述密封构件可以还包含与所述第一密封部分不同的第二密封部分,将包含所述第二密封部分、所述电极集电体的一部分中沿厚度方向观察所述电池时与所述第二密封部分重叠的部分、以及所述对电极集电体的一部分中沿厚度方向观察所述电池时与所述第二密封部分重叠的部分在内的部分设为第三层叠部分,上述情况下,所述第三层叠部分的厚度与所述第二层叠部分的厚度相等。
由此,即使在容易施加外力的第一层叠部分以外的部分也能够利用密封构件来覆盖发电元件的侧面。因此,能够利用密封构件的挠性、柔性或气体阻隔性进一步抑制对发电元件造成不良影响的情况。
另外,本发明的一技术方案中的层叠电池具备第一电池和与所述第一电池层叠的第二电池,所述第一电池和所述第二电池分别是本发明的一技术方案中的上述电池。
由此,通过调整层叠的多个电池的数量以及连接,能够得到所希望的电池特性。例如,通过串联连接多个电池,能够得到高电压。
另外,例如,在所述第一电池与所述第二电池之间可以具有空间。
由此,第一电池与第二电池之间的空间作为散热空间发挥作用。例如,在多个空间的朝向一致的情况下,使用冷却风扇等时风的流通良好,因此能够高效地冷却。另外,能够利用空间来吸收伴随电池充放电而引起的体积膨胀。空间也能够用作电力布线或光通信等的路径。
另外,例如,所述第一电池的所述第一层叠部分可以与所述第二电池的不是所述第一层叠部分的部分相接触。
由此,在各电池的第一层叠部分呈井字状堆叠起来,因此进一步提高层叠电池的机械强度。也就是说,能够进一步提高层叠电池内的发电元件对于外力的机械强度。
以下,参照附图说明本公开的实施方式。
再有,以下说明的实施方式均表示总括的或具体的例子。以下的实施方式中示出的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置以及连接方式、步骤、步骤的顺序等为一例,并不是限定本公开的意思。另外,对于以下的实施方式中的构成要素之中的独立权利要求中未记载的构成要素,作为任选的构成要素来说明。
另外,各图为示意图,未必严格地图示。因此,例如在各图中比例尺等未必一致。另外,在各图中,对于实质上相同的结构标记同一标记,省略或简化重复的说明。
另外,在本说明书中,平行等的表示要素间的关系性的术语、矩形等的表示要素的形状的术语、以及数值范围并不是仅表示严格意义的表达,而是也包含实质上同等的范围、例如百分之几程度的差异的表达。
另外,在本说明书中,“上方”和“下方”这样的术语并不是指绝对空间理解下的上方向(铅垂上方)和下方向(铅垂下方),作为基于层叠结构中的层叠顺序并根据相对的位置关系而规定的术语来使用。另外,“上方”和“下方”这样的术语不仅应用于2个构成要素彼此隔开间隔而配置并在2个构成要素之间存在其它的构成要素的情况,还应用于2个构成要素彼此密着而配置并且2个构成要素相接触的情况。
另外,在本说明书以及附图中x轴、y轴以及z轴表示三维正交坐标系的三个轴。在各实施方式中,将z轴方向设为电池的厚度方向。另外,在本说明书中,“厚度方向”是指与形成有电极层的电极集电体的表面、或形成有对电极层的对电极集电体的表面垂直的方向。另外,在本说明书中,“俯视”表示沿着电池的厚度方向观察电池的情况。
(实施方式1)
[结构]
图1是表示实施方式1中的电池1000的概略结构的图。具体而言,图1(a)是表示电池1000的概略结构的剖视图,示出了图1(b)的用点划线所示位置的截面。图1(b)是表示电池1000的概略结构的俯视透视图。
再者,在图1(b)中,用实线或虚线示出了从上方观察电池1000的情况下的电池1000的各构成要素的俯视形状。另外,为了容易理解电池1000的第一层叠部分410和第二层叠部分420的俯视形状,对第一层叠部分410和第二层叠部分420分别标记了阴影。
如图1所示,实施方式1中的电池1000具备发电元件100、电极集电体210、对电极集电体220和密封构件310。另外,电池1000具有第一层叠部分410和第二层叠部分420。
发电元件100是例如具有充电以及放电功能的发电部。发电元件100例如是二次电池。例如,发电元件100也可以是单电池(cell)。发电元件100配置在电极集电体210与对电极集电体220之间。
如图1(a)所示,发电元件100包含电极层110和对电极层120。发电元件100进一步包含电解质层130。电极层110、电解质层130、对电极层120沿着电池1000的厚度方向(z轴方向)依次被层叠。
在实施方式1的发电元件100中,电极层110是电池的负极,对电极层120是电池的正极。此时,电极集电体210是负极集电体。对电极集电体220是正极集电体。
电极层110是包含例如活性物质等的电极材料的层。具体而言,电极层110是例如包含负极活性物质来作为电极材料的负极活性物质层。电极层110与对电极层120相对地配置。
作为电极层110所含有的负极活性物质,例如可使用石墨、金属锂等的负极活性物质。作为负极活性物质的材料,可使用能够脱离以及插入锂(Li)或镁(Mg)等的离子的各种材料。
另外,作为电极层110的含有材料,例如也可以使用无机系固体电解质等的固体电解质。作为无机系固体电解质,可使用硫化物固体电解质或氧化物固体电解质等。作为硫化物固体电解质,例如可使用硫化锂(Li2S)和五硫化二磷(P2S5)的混合物。另外,作为电极层110的含有材料,也可以使用例如乙炔黑等的导电材料、或例如聚偏二氟乙烯等的粘结用粘合剂等。
通过将与溶剂一同搅入了电极层110的含有材料的浆液状涂料在电极集电体210的表面上进行涂装干燥,由此可制作电极层110。为了提高电极层110的密度,可以在干燥后对包含电极层110和电极集电体210的电极板(在本实施方式中为负极板)进行压制。电极层110的厚度例如为5μm以上且300μm以下,但不限于此。
对电极层120是包含例如活性物质等的对电极材料的层。对电极材料是构成电极层的对电极的材料。具体而言,对电极层120是例如包含正极活性物质来作为对电极材料的正极活性物质层。
作为对电极层120所含有的正极活性物质,例如可使用钴酸锂(LiCoO2)、镍酸锂(LiNiO2)等的正极活性物质。作为正极活性物质的材料,可使用能够脱离以及插入Li或Mg等的离子的各种材料。作为对电极层120所含有的正极活性物质,可使用例如钴酸锂复合氧化物(LCO)、镍酸锂复合氧化物(LNO)、锰酸锂复合氧化物(LMO)、锂锰镍复合氧化物(LMNO)、锂锰钴复合氧化物(LMCO)、锂镍钴复合氧化物(LNCO)、锂镍锰钴复合氧化物(LNMCO)等的正极活性物质。
另外,作为对电极层120的含有材料,例如也可以使用无机系固体电解质等的固体电解质。作为无机系固体电解质,可使用硫化物固体电解质或氧化物固体电解质等。作为硫化物固体电解质,例如可使用Li2S和P2S5的混合物。正极活性物质的表面可以用固体电解质进行涂敷。另外,作为对电极层120的含有材料,也可以使用例如乙炔黑等的导电材料、或例如聚偏二氟乙烯等的粘结用粘合剂等。
通过将与溶剂一同搅入了含有对电极层120的材料的浆液状的涂料在对电极集电体220的表面上进行涂装干燥,由此可制作对电极层120。为了提高对电极层120的密度,可以在干燥后对包含对电极层120和对电极集电体220的对电极板(在本实施方式中为正极板)进行压制。对电极层120的厚度例如为5μm以上且300μm以下,但不限于此。
电解质层130配置在电极层110与对电极层120之间。电解质层130分别与电极层110和对电极层120相接触。电解质层130是包含电解质材料的层。作为电解质材料,可使用通常公知的电池用电解质。电解质层130的厚度可以是5μm以上且300μm以下,或者也可以是5μm以上且100μm以下。
电解质层130的大小以及俯视形状分别与电极层110以及对电极层120的各自的大小以及俯视形状相同。即,电解质层130的端部(即侧面)分别与电极层110的端部(即侧面)以及对电极层120的端部(侧面)为同一平面。
再者,电解质材料例如可以是固体电解质。即,发电元件100包含的电解质层130可以是固体电解质层。发电元件100也可以是例如全固态电池。
作为固体电解质,例如可使用无机系固体电解质等的固体电解质。作为无机系固体电解质,可使用硫化物固体电解质或氧化物固体电解质等。作为硫化物固体电解质,例如可使用Li2S和P2S5的混合物。再者,电解质层130也可以除了电解质材料以外还含有例如聚偏二氟乙烯等的粘结用粘合剂等。
在实施方式1中,电极层110、对电极层120、电解质层130维持为平行平板状。由此,能够抑制由于弯曲引起的破损或塌落的发生。再者,也可以将电极层110、对电极层120、电解质层130合起来平滑地弯曲。
再者,在发电元件100中,电极层110可以是电池的正极,对电极层120可以是电池的负极。具体而言,电极层110可以是包含正极活性物质来作为电极材料的正极活性物质层。此时,电极集电体210是正极集电体。对电极层120是包含负极活性物质来作为对电极材料的负极活性物质层。对电极集电体220是负极集电体。
在实施方式1中,电极层110和对电极层120是相同大小以及相同形状。在俯视时,发电元件100比电极集电体210以及对电极集电体220的各自小,位于电极集电体210以及对电极集电体220各自的内部。
电极集电体210和对电极集电体220分别是具有导电性的构件。电极集电体210和对电极集电体220分别可以是具有例如导电性的薄膜。作为构成电极集电体210和对电极集电体220的材料,可使用例如不锈钢(SUS)、铝(Al)、铜(Cu)等的金属。
电极集电体210与电极层110相接触地配置。如上述那样,电极集电体210是负极集电体。作为负极集电体,可使用例如SUS箔、Cu箔等的金属箔。电极集电体210的厚度例如为5μm以上且100μm以下,但不限于此。再者,电极集电体210也可以在与电极层110相接触的部分具备包含例如导电性材料的层即集电体层。
在俯视时,电极集电体210设置得比电极层110更大。在图1(b)中示出了包含电极集电体210的外周的至少一部分、且不与电极层110重叠的区域即第一区域230。在实施方式1中,在俯视时,电极层110位于电极集电体210的中央,因此第一区域230遍及电极集电体210的整个周边设置。具体而言,第一区域230的俯视形状是预定线宽的矩形环状。
对电极集电体220与对电极层120相接触地配置。如上述那样,对电极集电体220是正极集电体。作为正极集电体,可使用例如SUS箔、Al箔等的金属箔。对电极集电体220的厚度例如为5μm以上且100μm以下,但不限于此。再者,对电极集电体220也可以在与对电极层120相接触的部分具备集电体层。
在俯视时,对电极集电体220设置得比对电极层120更大。在图1(b)中示出了包含对电极集电体220的外周的至少一部分、且不与对电极层120重叠的区域即第二区域240。在实施方式1中,在俯视时,对电极层120位于对电极集电体220的中央,因此第二区域240遍及对电极集电体220的整个周边设置。具体而言,第二区域240的俯视形状是预定线宽的矩形环状。在实施方式1中,矩形环状的第二区域240的线宽比矩形环状的第一区域230的线宽短。
另外,图1(b)所示的相对区域250是电极集电体210和对电极集电体220相对的区域。即,相对区域250是在俯视时电极集电体210和对电极集电体220重叠的区域。在实施方式1中,对电极集电体220比电极集电体210小,且在俯视时对电极集电体220位于电极集电体210的内部。在该情况下,相对区域250的俯视形状与对电极集电体220的俯视形状相同。在实施方式1中,相对区域250是将设置有发电元件100的区域和第二区域240合并后的区域。
在实施方式1中,电极集电体210和对电极集电体220以在至少包含发电元件100的部分成为平行平板状的方式彼此相对地配置。具体而言,对电极集电体220是厚度均匀的平板。电极集电体210是厚度均匀且具有台阶的板。如图1(a)所示,电极集电体210具有第一板部210a和第二板部210b。第一板部210a和第二板部210b分别为厚度均匀的平板部,与对电极集电体220平行地配置。
第一板部210a是电极集电体210的一部分,是在俯视时与密封构件310重叠的部分。第一板部210a在俯视时位于电极集电体210的第一区域230内。也就是说,在第一板部210a没有配置电极层110。第一板部210a包含在电池1000的第一层叠部分410。
第二板部210b是电极集电体210的一部分,是在俯视时与发电元件100重叠的部分。也就是说,在第二板部210b配置有电极层110。第二板部210b包含在电池1000的第二层叠部分420。第二板部210b的厚度与第一板部210a的厚度相同。
第一板部210a和第二板部210b位于在电池1000的厚度方向上不同的位置。具体而言,第一板部210a位于厚度方向上相比于第二板部210b远离对电极集电体220的位置。换句话说,第一板部210a与对电极集电体220的距离大于第二板部210b与对电极集电体220的距离。第一板部210a和第二板部210b的连接部分既可以与第一板部210a以及第二板部210b的各自正交,也可以与第一板部210a以及第二板部210b的各自倾斜地交叉。
另外,如图1(a)所示,对电极集电体220具有第一板部220a和第二板部220b。第一板部220a和第二板部220b分别为厚度均匀的平板部。由于对电极集电体220为平板,所以第一板部220a和第二板部220b位于电池1000的厚度方向上相同的位置。
第一板部220a是对电极集电体220的一部分,是在俯视时与密封构件310重叠的部分。第一板部220a在俯视时位于对电极集电体220的第二区域240内。也就是说,在第一板部220a没有配置对电极层120。第一板部220a包含在电池1000的第一层叠部分410。
第二板部220b是对电极集电体220的一部分,是在俯视时与发电元件100重叠的部分。也就是说,在第二板部220b配置有对电极层120。第二板部220b包含在电池1000的第二层叠部分420。第二板部220b的厚度与第一板部220a的厚度相同。
密封构件310配置在电极集电体210与对电极集电体220之间。密封构件310是使用例如电绝缘材料而形成的。密封构件310作为维持电极集电体210与对电极集电体220的间隔的间隔物而发挥作用。密封构件310是用于在电极集电体210与对电极集电体220之间密封发电元件100的构件。密封构件310密封发电元件100的至少一部分,以使发电元件100的至少一部分不与外部空气接触。
在实施方式1中,如图1(a)所示,密封构件310与电极集电体210和对电极集电体220相接触。具体而言,密封构件310在配置有电极层110的面之中未配置电极层110的第一区域230内与电极集电体210相接触。更具体而言,密封构件310与电极集电体210的第一板部210a相接触。密封构件310在配置有对电极层120面之中未配置对电极层120的第二区域240内与对电极集电体220相接触。更具体而言,密封构件310与对电极集电体220的第一板部220a相接触。也就是说,在俯视时,密封构件310配置在第一区域230和第二区域240彼此相对的位置。在实施方式1中,密封构件310的厚度是均匀的。
根据该结构,能够利用密封构件310将电极集电体210与对电极集电体220的间隔更坚固地维持为一定距离以上(例如密封构件310的厚度以上)。因此,能够更强地抑制电极集电体210和对电极集电体220彼此接近的情况。由此,能够进一步降低电极集电体210与对电极集电体220直接接触而导致电极层110和对电极层120发生短路的风险。
在实施方式1中,如图1(a)所示,密封构件310与发电元件100相接触。具体而言,密封构件310与电极层110、对电极层120、电解质层130中的至少1个的侧面相接触。例如,密封构件310与电极层110、对电极层120和电解质层130各自的侧面相接触。
例如,如图1(b)所示,在发电元件100的俯视形成为矩形的情况下,密封构件310也可以与作为发电元件100的俯视形状的矩形的一边相接触地配置。在实施方式1中,如图1(b)所示,密封构件310的俯视形状为梯形,但不限于此。
例如,密封构件310是包含第一材料的构件。密封构件310也可以是例如包含第一材料作为主成分的构件。密封构件310也可以是例如仅由第一材料构成的构件。
作为第一材料,可使用例如密封剂等通常公知的电池密封构件的材料。作为第一材料,可使用例如树脂材料。再者,第一材料可以是绝缘性且不具有离子传导性的材料。例如,第一材料也可以是环氧树脂、丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂和倍半硅氧烷中的至少一种。
密封构件310也可以包含粒子状的金属氧化物材料。作为金属氧化物材料,可使用氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化锌、氧化铈、氧化铁、氧化钨、氧化锆、氧化钙、沸石、玻璃等。例如,密封构件310也可以使用分散了包含金属氧化物材料的多个粒子的树脂材料而形成。
金属氧化物材料的粒子尺寸只要是电极集电体210与对电极集电体220的间隔以下即可。金属氧化物材料的粒子形状可以是正圆形状(球状)、椭圆球状、棒状等。
如图1(a)所示,电池1000的厚度根据电池1000的部位而不同。具体而言,在将第一层叠部分410的厚度设为T1,将第二层叠部分420的厚度设为T2的情况下,满足T1>T2。例如,T1与T2之差是电极集电体210和对电极集电体220的至少一方的厚度以上。T1与T2之差也可以是电极集电体210和对电极集电体220的厚度的合计以上。例如,T1与T2的差量相对于T2(即(T1-T2)/T2)可以是3%以上,也可以是5%以上。(T1-T2)/T2可以是30%以下,也可以是20%以下。
将密封构件310的至少一部分设为第一密封部分,第一层叠部分410是包含第一密封部分以及电极集电体210和对电极集电体220各自的一部分中沿电池1000的厚度方向观察时(即俯视时)与第一密封部分重叠的部分在内的部分。例如,第一层叠部分410包含密封构件310、电极集电体210的第一板部210a和对电极集电体220的第一板部220a。也就是说,在实施方式1中,第一密封部分相当于密封构件310的全部。具体而言,第一层叠部分410的俯视形状与密封构件310的俯视形状相同。
第二层叠部分420是包含发电元件100以及电极集电体210和对电极集电体220各自的一部分中沿电池1000的厚度方向观察时(即俯视时)与发电元件100重叠的部分在内的部分。例如,第二层叠部分420包含发电元件100、电极集电体210的第二板部210b和对电极集电体220的第二板部220b。具体而言,第二层叠部分420的俯视形状与发电元件100的俯视形状相同。
根据以上的结构,第一层叠部分410的厚度T1大于第二层叠部分420的厚度T2,因此能够降低外力直接影响到发电元件100的可能性。因此,例如,在为了使电池极板的电接触提高而按压通电电极的情况下,与第二层叠部分420相比,容易向第一层叠部分410施加按压力。也就是说,难以向包含发电元件100的第二层叠部分420施加按压力,因此能够减小发电元件100的破损风险,并且得到良好的电接触。
[变形例]
以下,对实施方式1的多个变形例进行说明。再者,在以下多个变形例的说明中,以与实施方式1的不同点或变形例间的不同点为中心进行说明,省略或简化共同点的说明。
<变形例1>
首先,用图2对实施方式1的变形例1进行说明。图2是表示实施方式1的变形例1中的电池1100的概略结构的图。具体而言,图2(a)是表示电池1100的概略结构的剖视图,示出了图2(b)的用点划线所示位置的截面。图2(b)是表示电池1100的概略结构的俯视透视图。
再者,在图2(b)中,用实线或虚线示出了从上方观察电池1100的情况下的电池1100的各构成要素的俯视形状。另外,为了容易理解电池1100的第一层叠部分412和第二层叠部分420的俯视形状,对第一层叠部分412和第二层叠部分420分别标记了阴影。
如图2所示,与实施方式1中的电池1000相比,电池1100具备密封构件312和电极集电体212来代替密封构件310和电极集电体210。另外,与电池1000相比,电池1100具有第一层叠部分412来代替第一层叠部分410。
密封构件312围绕在发电元件100的周边而设置。具体而言,在俯视时,密封构件312连续地设置在发电元件100的整个周边。密封构件312将发电元件100的侧面在整个周边密封。密封构件312在例如发电元件100的俯视形状为矩形的情况下,也可以与发电元件100的所有边相接触地设置。在从任意一侧面(具体而言为与z轴正交的任意方向)观察电池1100的情况下,发电元件100被密封构件312完全覆盖,没有露出到外部。
如图2(b)所示,密封构件312的俯视形状为预定线宽的矩形环状。俯视时的密封构件312的线宽比矩形环状的第二区域240的线宽短。在本变形例中,密封构件312的厚度是均匀的。也就是说,在密封构件312的整个周边上密封构件312的厚度比发电元件100的厚度更大。
与实施方式1中的电极集电体210相比,电极集电体212具有第一板部212a来代替第一板部210a。第一板部212a与密封构件312同样地在俯视时围绕发电元件100的周边而设置。也就是说,第一板部212a的俯视形状与密封构件312的俯视形状相同。第一板部212a设置成围绕位于中央的第二板部210b的矩形环状。
第一层叠部分412具有密封构件312、电极集电体212的第一板部212a和对电极集电体220的第一板部222a。再者,第一板部222a是对电极集电体220的一部分,是在俯视时与密封构件312重叠的部分,俯视形状与第一板部212a相同。
第一层叠部分412在俯视时围绕第二层叠部分420的周边而设置。第一层叠部分412连续地设置在第二层叠部分420的整个周边。第一层叠部分412包含比发电元件100厚的密封构件312,因此第一层叠部分412的厚度T1大于第二层叠部分420的厚度T2。
根据以上结构,能够利用密封构件312在发电元件100的整个周边将电极集电体212与对电极集电体220的间隔维持为一定距离以上(例如为密封构件312的厚度以上)。因此,能够抑制在发电元件100的整个周边电极集电体212和对电极集电体220彼此接近。
进而,即使在发电元件100的周边,电极集电体212和对电极集电体220的一方发生了变形(例如产生弯折、毛刺等)的情况下,也能够通过密封构件312来抑制该变形部分与电极集电体212和对电极集电体220的另一方接触。由此,能够进一步降低电极层110和对电极层120发生短路的风险。
另外,根据以上结构,能够通过密封构件312覆盖发电元件100的侧面。由此,即使在例如电极层110所含有的电极材料、对电极层120所含有的对电极材料、电解质层130所含有的固体电解质材料等的一部分塌落的情况下,也能够通过密封构件312来抑制该塌落的结构构件与电池内部的其他构件接触。因此,能够抑制由于电池1100的结构构件塌落而引起的电池内部的短路。由此,能够进一步提高电池1100的可靠性。
<变形例2>
接着,使用图3对实施方式1的变形例2进行说明。图3是表示实施方式1的变形例2中的电池1200的概略结构的图。具体而言,图3(a)是表示电池1200的概略结构的剖视图,示出了图3(b)的用点划线所示的位置的截面。图3(b)是表示电池1200的概略结构的俯视透视图。
再者,在图3(b)中,用实线或虚线示出了从上方观察电池1200的情况下的电池1200的各构成要素的俯视形状。另外,为了容易理解电池1200的第一层叠部分412和第二层叠部分420的俯视形状,对第一层叠部分412和第二层叠部分420分别标记了阴影。
如图3所示,与变形例1中的电池1100相比,电池1200具备电极集电体214来代替电极集电体212。电极集电体214的俯视形状以及大小与对电极集电体220相同。
因此,如图3(b)所示,电极集电体214和对电极集电体220为相同大小且相同形状,因此未配置电极层110的区域即第一区域232成为与未配置对电极层120的区域即第二区域240相同的大小以及相同的形状。另外,相对区域250成为与电极集电体214和对电极集电体220各自的形成范围相同的区域。
根据以上结构,电极集电体214没有伸出到对电极集电体220的外部,因此难以从外部向使电极集电体214离开对电极集电体220的方向施加冲击。因此,能够抑制电极集电体214被剥离,能够抑制电池1200被破坏。
<变形例3>
接着,使用图4对实施方式1的变形例3进行说明。图4是表示实施方式1的变形例3中的电池1300的概略结构的图。具体而言,图4(a)是表示电池1300的概略结构的剖视图,示出了图4(b)的用点划线所示位置的截面。图4(b)是表示电池1300的概略结构的俯视透视图。
再者,在图4(b)中,用实线或虚线示出了从上方观察电池1300的情况下的电池1300的各构成要素的俯视形状。另外,为了容易理解电池1300的第一层叠部分414和第二层叠部分420的俯视形状,对第一层叠部分414和第二层叠部分420分别标记了阴影。
如图4所示,与变形例2中的电池1200相比,电池1300具备密封构件314来代替密封构件312。另外,与电池1200相比,电池1300具有第一层叠部分414来代替第一层叠部分412。
密封构件314以嵌入电极集电体214与对电极集电体220的间隙的方式设置。如图4(b)所示,密封构件314的俯视形状与第一区域232以及第二区域240各自的俯视形状相同。也就是说,在第一区域232的整体和第二区域240的整体设置有密封构件314。如图4(a)所示,密封构件314的外周侧面(例如yz面)与电极集电体214的端面(yz面)以及对电极集电体220的端面(yz面)成为同一平面。
在本变形例中,密封构件314的厚度是均匀的。也就是说,在密封构件314的整个周边上密封构件314的厚度比发电元件100的厚度更大。
第一层叠部分414具有密封构件314、电极集电体214的第一板部214a和对电极集电体220的第一板部224a。再者,第一板部214a是电极集电体214的一部分,是在俯视时与密封构件314重叠的部分。第一板部214a的俯视形状以及大小分别与第一区域232的俯视形状以及大小相同。第一板部224a是对电极集电体220的一部分,是在俯视时与密封构件314重叠的部分。第一板部224a的俯视形状以及大小分别与第二区域240的俯视形状以及大小相同。
第一层叠部分414在俯视时围绕第二层叠部分420的周边而设置。第一层叠部分414连续地设置在第二层叠部分420的整个周边。第一层叠部分414包含密封构件314,因此第一层叠部分414的厚度T1比第二层叠部分420的厚度T2更大。
根据以上结构,用密封构件314嵌入电极集电体214的外周与对电极集电体220的外周之间的间隙,因此难以从外部向使电极集电体214以及对电极集电体220的一方离开另一方的方向施加冲击。因此,能够抑制电极集电体214以及对电极集电体220各自被剥离,能够抑制电池1300被破坏。
<变形例4>
接着,使用图5对实施方式1的变形例4进行说明。图5是表示实施方式1的变形例4中的电池1400的概略结构的图。具体而言,图5(a)是表示电池1400概略结构的剖视图,示出了图5(b)的用点划线所示位置的截面。图5(b)是表示电池1400的概略结构的俯视透视图。
再者,在图5(b)中,用实线或虚线示出了从上方观察电池1400的情况下的电池1400的各构成要素的俯视形状。另外,为了容易理解电池1400的第一层叠部分416和第二层叠部分420的俯视形状,对第一层叠部分416和第二层叠部分420分别标记了阴影。再者,第二层叠部分420在本变形例中包含发电元件102来代替发电元件100。
如图5所示,与变形例3中的电池1300相比,电池1400具备发电元件102和电极集电体216来代替发电元件100和电极集电体214。发电元件102具备对电极层122和电解质层132来代替对电极层120和电解质层130。另外,与电池1300相比,电池1400具有第一层叠部分416来代替第一层叠部分414。
在变形例4中,电极层110的大小和对电极层122的大小互不相同。例如,在俯视时,电极层110比对电极层122大。如图5(b)所示,对电极层122在俯视时位于电极层110的内部。
另外,如图5(a)所示,电解质层132覆盖了对电极层122的侧面。此时,电解质层132与对电极集电体220相接触。密封构件314与电极层110的侧面和电解质层132的侧面相接触,不与对电极层122相接触。
在俯视时,电极集电体216比对电极集电体220小。具体而言,电极集电体216在俯视时位于对电极集电体220的内部。因此,相对区域250成为将第一区域234和比第一区域234靠内侧的区域合并后的区域。第一区域234是包含电极集电体216的外周的至少一部分、且不与电极层110重叠的区域。
再者,在本变形例中示出了对电极层122比电极层110小的例子,但电极层110也可以比对电极层122小。在该情况下,电解质层132也可以覆盖了电极层110的侧面。密封构件314与对电极层122的侧面和电解质层132的侧面相接触,不与电极层110相接触。
例如,对电极层122和电极层110之中相当于正极的一方可以比对电极层122和电极层110之中相当于负极的另一方小。也就是说,负极活性物质层比正极活性物质层更大。由此,能够抑制由锂析出、或镁析出引起的电池的可靠性的降低。
第一层叠部分416具有密封构件314、电极集电体216的第一板部216a和对电极集电体220的第一板部226a。再者,第一板部216a是电极集电体216的一部分,是在俯视时与密封构件314重叠的部分。第一板部226a是对电极集电体220的一部分,是在俯视时与密封构件314重叠的部分。第一板部226a的俯视形状以及大小分别与第一板部216a的俯视形状以及大小相同。
第一层叠部分416在俯视时围绕第二层叠部分420的周边而设置。第一层叠部分416连续地设置在第二层叠部分420的整个周边。第一层叠部分416包含密封构件314,因此第一层叠部分416的厚度T1比第二层叠部分420的厚度T2更大。
在本变形例中,密封构件314的一部分覆盖了电极集电体216的侧面。具体而言,密封构件314的未被电极集电体216覆盖的部分与电极集电体216的上表面为同一平面。再者,密封构件314的一部分也可以不覆盖电极集电体216的侧面。例如,密封构件314的未被电极集电体216的部分也可以与电极集电体216的下表面为同一平面。
<变形例5>
接着,使用图6对实施方式1的变形例5进行说明。图6是表示实施方式1的变形例5中的电池1500的概略结构的图。具体而言,图6(a)是表示电池1500的概略结构的剖视图,示出了图6(b)的用点划线所示位置的截面。图6(b)是表示电池1500的概略结构的俯视透视图。
再者,在图6(b)中,用实线或虚线示出了从上方观察电池1500的情况下的电池1500的各构成要素的俯视形状。另外,为了容易理解电池1500的第一层叠部分416和第二层叠部分420的俯视形状,对第一层叠部分416和第二层叠部分420分别标记了阴影。再者,第二层叠部分420在本变形例中包含发电元件104来代替发电元件100。
如图6所示,与变形例4中的电池1400相比,电池1500具备发电元件104来代替发电元件102。与发电元件102相比,发电元件104具备电解质层133来代替电解质层132。电解质层133包含电极侧电解质层134和对电极侧电解质层135。
电极侧电解质层134位于比对电极侧电解质层135更接近电极层110的一侧,与电极层110相接触。如图6(a)所示,电极侧电解质层134例如覆盖了电极层110的侧面,并与电极集电体216相接触。电极层110通过被电极侧电解质层134覆盖,从而没有露出到外部。具体而言,电极层110不与密封构件314相接触。
对电极侧电解质层135位于比电极侧电解质层134更接近对电极层122的一侧,并与对电极层122相接触。如图6(a)所示,对电极侧电解质层135例如覆盖了对电极层122的侧面,并与对电极集电体220相接触。对电极层122通过被对电极侧电解质层135覆盖,从而没有露出到外部。具体而言,对电极层122不与密封构件314相接触。
如图6(b)所示,在俯视时,电极侧电解质层134比对电极侧电解质层135大。具体而言,在俯视时,对电极侧电解质层135位于电极侧电解质层134的内部。再者,电极侧电解质层134和对电极侧电解质层135也可以是相同大小以及相同形状。例如,电极侧电解质层134的侧面和对电极侧电解质层135的侧面可以是同一平面。
电极侧电解质层134和对电极侧电解质层135是包含电解质材料的层。作为电解质材料,可使用通常公知的电池用电解质。电解质材料例如可以是固体电解质。电极侧电解质层134和对电极侧电解质层135可以包含彼此相同的电解质材料,也可以包含互不相同的电解质材料。电极侧电解质层134的厚度和对电极侧电解质层135的厚度分别可以是5μm以上且150μm以下,也可以是5μm以上且50μm以下。
另外,密封构件314与电极侧电解质层134的侧面和对电极侧电解质层135的侧面相接触。或者,电极侧电解质层134的侧面和对电极侧电解质层135的侧面的至少一部分也可以没有被密封构件314覆盖而露出。
根据以上结构,电解质层133覆盖了电极层110和对电极层122这两方,因此能够抑制由于电极层110或对电极层122的一部分塌落或孤立而引起的电池容量降低。
<变形例6>
接着,使用图7对实施方式1的变形例6进行说明。图7是表示实施方式的变形例6中的电池1600的概略结构的图。具体而言,图7(a)是表示电池1600的概略结构的剖视图,示出了图7(b)的用点划线所示位置的截面。图7(b)是表示电池1600的概略结构的俯视透视图。
再者,在图7(b)中,用实线或虚线示出了从上方观察电池1600的情况下的电池1600的各构成要素的俯视形状。另外,为了容易理解电池1600的第一层叠部分418和第二层叠部分420的俯视形状,对第一层叠部分418和第二层叠部分420分别标记了阴影。
如图7所示,与变形例5中的电池1500相比,电池1600具备密封构件316和电极集电体218来代替密封构件314和电极集电体216。另外,与电池1500相比,电池1600具有多个第一层叠部分418来代替第一层叠部分416。进而,电池1600具有第三层叠部分430。
密封构件316围绕在发电元件104的周边而设置。具体而言,在俯视时,密封构件316连续地设置在发电元件104的整个周边。
在本变形例中,密封构件316的厚度不均匀。具体而言,如图7(a)所示,密封构件316具有第一密封部分316a以及厚度比第一密封部分316a小的第二密封部分316b。第一密封部分316a是包含在第一层叠部分418的部分。第二密封部分316b包含在第三层叠部分430。如图7(b)所示,第一层叠部分418设置有多个。因此,密封构件316具有多个第一密封部分316a。
电极集电体218具有多个第一板部218a、第二板部210b和第三板部218c。多个第一板部218a、第二板部210b和第三板部218c分别为厚度均匀的平板部,与对电极集电体220平行地配置。
多个第一板部218a分别在电池1600的厚度方向上位于比第二板部210b以及第三板部218c更远离对电极集电体220的位置。第一板部218a是包含在第一层叠部分418的部分。第三板部218c位于在电池1600的厚度方向上与第二板部210b相同的位置。也就是说,第三板部218c和第二板部210b构成了1个平板部。第三板部218c是包含在第三层叠部分430的部分。
多个第一层叠部分418是分别包含密封构件316的第一密封部分316a、和电极集电体218及对电极集电体220各自的一部分中沿厚度方向观察电池1600时(即俯视时)与第一密封部分316a重叠的部分在内的部分。具体而言,第一层叠部分418包含第一密封部分316a、电极集电体218的第一板部218a和对电极集电体220的第一板部226a。
如图7所示,多个第一层叠部分418以孤立的岛状位于俯视时比发电元件104更靠外侧。多个第一层叠部分418各自的俯视形状是例如圆形,但也可以是矩形或三角形等多边形。多个第一层叠部分418各自的俯视形状以及大小分别可以互不相同,也可以相同。
多个第一层叠部分418各自的厚度T1比第二层叠部分420的厚度T2更大。再者,多个第一层叠部分418各自的厚度T1彼此相同,但也可以不同。
第三层叠部分430是包含密封构件316的第二密封部分316b、和电极集电体218及对电极集电体220各自的一部分中沿厚度方向观察电池1600时(即俯视时)与第二密封部分316b重叠的部分在内的部分。例如,第三层叠部分430包含第二密封部分316b、电极集电体218的第三板部218c、和对电极集电体220的第三板部220c。第三层叠部分430设置在相对区域250之中的设置有发电元件104和多个第一层叠部分418的区域以外。
在将第三层叠部分430的厚度设为T3的情况下,满足T3=T2。也就是说,第三层叠部分430的厚度T3与第二层叠部分420的厚度T2相等。再者,T3可以比T2大,比T1小。或者,T3也可以比T2小。
像这样地,多个第一层叠部分418各自的厚度T1比第二层叠部分420的厚度T2及第三层叠部分430的厚度T3大。因此,在例如为了使电池1600与其它部件的电连接可靠而对电池1600施予了外力的情况下,多个第一层叠部分418分别作为支承该外力的压力支承部而发挥作用。因此,难以向包含发电元件104的第二层叠部分420施加压力,因此能够抑制发电元件104的破坏等。另外,通过在面内分散地配置多个第一层叠部分418,能够将压力分散进行支承,因此也能够抑制第一层叠部分418自身的破坏。
再者,多个第一层叠部分418的形状以及配置不限于图7(b)所示的例子。例如,如图8所示,多个第一层叠部分418也可以配置在如俯视时在以多个第一层叠部分418作为顶点的多边形的内部包含发电元件104那样的位置。例如,在发电元件104的俯视形状为矩形的情况下,4个第一层叠部分418可以位于发电元件104的四个角的外侧。也就是说,4个第一层叠部分418可以位于相对区域250的四个角。再者,在图8中示出了第一层叠部分418的俯视形状为正方形的例子,但也可以是圆形等。再者,图8所示的第三层叠部分430设置在俯视时4个第一层叠部分418之中的相邻的2个第一层叠部分418之间。
根据图8所示的结构,在为了使电池1600与其它部件的连接可靠而施加了外力时,用第一层叠部分418更可靠地阻挡外力。因此,能够减轻对发电元件104的应力从而更有效地抑制发电元件104的层间剥离以及破损等。
另外,例如,多个第一层叠部分418的至少一个也可以如图9所示那样呈条状沿着发电元件104的外周配置在发电元件104的外侧。再者,图9所示的第三层叠部分430设置在相对区域250之中的设置有发电元件104和多个第一层叠部分418的区域以外。
在图9中图示了作为多个第一层叠部分418之一的第一层叠部分418a及418b。第一层叠部分418a和418b分别沿着矩形的发电元件104的一边而呈条状延伸。具体而言,第一层叠部分418a从相对区域250的四个角的一个角向另一个角沿着发电元件104的一边(x轴方向)延伸。第一层叠部分418b从相对区域250的四个角的一个角到另一个角沿着发电元件104的一边(y轴方向)延伸。
另外,例如多个第一层叠部分418的至少两个可以如图10所示那样沿着发电元件104的矩形的对边而配置。在图10所示的例子中,2个第一层叠部分418分别从相对区域250的四个角的一个角延伸到另一个角,其长度相同。再者,2个第一层叠部分418的一方也可以比另一方短。再者,图10所示的第三层叠部分430设置在相对区域250之中的设置有发电元件104和多个第一层叠部分418的区域以外。第三层叠部分430也可以沿着发电元件104的矩形的对边而配置。
另外,例如多个第一层叠部分418也可以如图11所示那样沿着发电元件100的整个周边连续地配置。再者,在图11中示出了4个第一层叠部分418沿着矩形的发电元件104的各边而设置的例子,但也可以将1个矩形环状的第一层叠部分418沿着发电元件104的整个周边来设置。
再者,图11所示的第三层叠部分430设置在相对区域250之中的设置有发电元件104和多个第一层叠部分418的区域以外。具体而言,第三层叠部分430位于在俯视时发电元件104与第一层叠部分418之间。在图11所示的电池中,第一层叠部分418不与发电元件104相接触,第三层叠部分430与发电元件104相接触。
根据以上结构,在为了在电路中使电池1600与其它部件的连接可靠而对电池1600施加外力时,外力主要被多个第一层叠部分418阻挡。因此,能够充分地减轻对发电元件104的应力,能够更有效地抑制发电元件104的层间剥离以及破损等。
<变形例7>
接着,使用图12对实施方式1的变形例7进行说明。图12是表示实施方式1的变形例7中的电池1700的概略结构的剖视图。
如图12所示,与变形例5中的电池1500相比,电池1700具备对电极集电体222来代替对电极集电体220。另外,电池1700具有第一层叠部分419来代替第一层叠部分416。
与变形例5中的对电极集电体220相比,对电极集电体222具有第一板部228a来代替第一板部226a。第一板部228a是厚度均匀的平板部。第一板部228a是对电极集电体222的一部分,是在俯视时与密封构件314重叠的部分。第一板部228a包含在电池1700的第一层叠部分419。
第一板部228a和第二板部220b位于电池1700的厚度方向上不同的位置。具体而言,第一板部228a位于厚度方向上比第二板部220b更远离电极集电体216的位置。第一板部228a和第二板部220b的连接部分既可以与第一板部228a及第二板部220b各自正交,也可以与第一板部210a及第二板部210b各自倾斜地交叉。
第一层叠部分419如图12所示那样包含有密封构件314、电极集电体216的第一板部216a和对电极集电体222的第一板部228a。第一层叠部分419在电池1700的厚度方向上比第二层叠部分420向两侧突出。第一层叠部分419的向z轴的正方向的突出量和向z轴的负方向的突出量可以相同,也可以不同。
根据以上结构,在为了在电路中使电池1700与其它部件的连接可靠而对电池1700施加外力时,外力主要被第一层叠部分419阻挡。因此,能够充分地减轻对发电元件104的应力,能够更有效地抑制发电元件104的层间剥离以及破损等。
<变形例8>
接着,使用图13对实施方式1的变形例8进行说明。图13是表示实施方式1的变形例8中的电池1800的概略结构的剖视图。
如图13所示,与变形例7中的电池1700相比,电池1800具备密封构件317来代替密封构件314。密封构件317具有第一密封构件318和第二密封构件319。第一密封构件318位于接近于电极集电体216的一侧,并包含第一材料。第二密封构件319位于比第一密封构件318更接近于对电极集电体222的一侧,并包含第二材料。第二材料是与第一材料不同的材料。第二材料是例如绝缘性且不具有离子传导性的材料。第二材料也可以包含例如密封剂等的树脂。
第二材料也可以是例如从能够用作第一材料的多个材料中选择出的与第一密封构件318所含有的材料不同的材料。例如,第二材料也可以是环氧树脂、丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂和倍半硅氧烷中的不包含在第一密封构件318的材料。第二材料也可以包含粒子状的金属氧化物材料。
根据以上结构,从反应性或机械特性等的观点出发,能够分别选择最适合作为正极侧的密封构件的材料的材料以及最适合作为负极侧的密封构件的材料的材料。由此,能够进一步提高电池1800的可靠性。
[电池的制造方法]
接着,说明实施方式1及各变形例中的电池的制造方法的一例。以下,使用图14来说明上述的变形例5中的电池1500的制造方法。对于其它电池1000、1100、1200、1300、1400、1600、1700以及1800也是同样的。
图14是表示电池1500的制造方法一例的图。
首先,准备将与溶剂一同搅入了对电极材料的浆液状涂料。在对电极集电体220上涂装该涂料。即,形成对电极层122。进而,以覆盖涂装了的涂料的方式,在对电极集电体220上涂装固体电解质材料并干燥。即,形成对电极侧电解质层135。由此,制作如图14(a)所示的对电极板。再者,对电极材料(以及后述的电极材料)和固体电解质材料也可以使用不包含溶剂的材料来准备。
接着,如图14(b)所示,在对电极板的周边部涂敷密封材料。即,形成密封构件314。此时,如图14(b)所示,密封构件314的厚度也可以涂敷得比对电极层122、对电极侧电解质层135、电极层110、电极侧电解质层134的厚度的合计更厚。
进而,在涂敷了密封材料后,进行热处理或紫外线照射等。由此,能够在残留了涂料流动性的状态下使其增稠而将涂料进行暂时固化。通过使用增稠及固化,能够控制密封构件314的变形。
接着,准备将与溶剂一同搅入了电极材料的浆液状涂料。在电极集电体216上涂装该涂料。即,形成电极层110。进而,以覆盖涂装了的涂料的方式,在电极集电体216上涂装固体电解质材料并干燥。即,形成电极侧电解质层134。由此,制作如图14(c)所示的电极板。再者,涂敷涂料时的电极集电体216也可以如图14(c)所示那样为平板。也就是说,没有设置第一板部216a与第二板部210b的厚度方向上的台阶。
接着,如图14(c)所示,使用具备上夹具510和下夹具520的加压夹具500,将电极板和对电极板压接。具体而言,以与形成了密封构件314的对电极板相对的方式配置电极板,使用上夹具510和下夹具520夹入电极板和对电极板来进行压接。
此时,第一层叠部分416的形状、配置以及突出高度(具体而言是电极集电体216的形状)能够通过例如设置在上夹具510的突起512的形状、位置以及高度进行控制。例如,在图14(c)所示的情况下,在上夹具510和下夹具520的相对面,在上夹具510设置有与发电元件104大致相对的方形锥台形状的突起512。由此,如图14(d)所示,在加压后的电池1500中,具有与突起512的高度近似的高度差的第一层叠部分416形成在发电元件104的外侧。
再者,例如也可以通过热处理或UV照射等而使密封构件314完全固化。由此,能够使密封状态更坚固。
另外,也可以在电极板和对电极板这双方分别涂敷密封材料。也可以在电极板和对电极板分别形成密封构件314的一部分之后将电极板和对电极板粘合在一起。由此,减少一次形成的密封构件314的量,能够更快速地形成密封构件314。另外,通过增加接合面积,能够使密封构件314与电极板的接合更坚固。另外,由于密封构件314的突起变低,所以能够容易对工序途中的电极板或对电极板进行卷绕。另外,也能够针对电极板和对电极板分别选择最合适的不同的密封材料。
如以上这样,在图14所示的电池1500的制造方法中,包括在电极板和对电极板粘合之前,事先形成密封构件314的工序。由此,在电极集电体216和对电极集电体220的至少一方的外侧形成密封构件314。由此,能够大幅减小由于电极集电体216和对电极集电体220直接接触而引起的、电极层110与对电极层122的短路风险。
在此,密封构件314的厚度控制成为非常有助于提高电池1500的可靠性的因素。另外,密封构件314的厚度通过涂敷厚度的调整来控制。此时,密封构件314可以以没有被覆电极集电体216和对电极集电体220的端部大部分的方式调整,也就是说以没有从各集电体的端部向外侧漏出的方式调整。
再者,也可以调整形成密封构件314的位置、电极层110、对电极层122和电解质层133各自的形成范围、电极集电体216和对电极集电体220的大小等。由此,可制作在实施方式1和各变形例中示出的各电池。另外,通过进行多个电池的层叠,可制作在后述的实施方式2中示出的层叠电池。
另外,在本实施方式的电池的制造方法中,也可以在粘合电极板和对电极板时或者层叠多个电池时进行加压。也可以单独地对电极板或对电极板加压后形成密封构件314。
(实施方式2)
以下,对实施方式2进行说明。再者,在以下说明中,以与上述实施方式1及各变形例的不同点为中心进行说明,适当省略或简化共同点的说明。
图15是表示实施方式2中的层叠电池2000的概略结构的剖视图。实施方式2中的层叠电池2000是将上述实施方式1或各变形例中的电池层叠多个且串联连接而成的层叠电池。
在图15所示的例子中,层叠电池2000具有依次层叠了3个电池2002、2004以及2006的结构。电池2002、2004以及2006分别具有彼此相同的结构。电池2002、2004以及2006中的一个是第一电池的一例,电池2002、2004以及2006中的另一个是第二电池的一例。
例如,电池2002、2004以及2006分别具有与实施方式1的变形例5中的电池1500大致相同的结构。再者,电池2002、2004以及2006的至少一个可以是实施方式1中的电池1000,也可以是变形例1至变形例8中的电池1100至电池1800中的至少1个。
在层叠电池2000中,通过将预定的电池(例如单电池)的电极集电体、和另一电池(例如单电池)的对电极集电体接合而层叠了多个电池。具体而言,如图15所示,电池2002的电极集电体216和电池2004的对电极集电体220被接合。电池2004的电极集电体216和电池2006的对电极集电体220被接合。电极集电体216与对电极集电体220的接合可以直接进行接合,也可以通过导电性粘接剂或焊接法等来接合。电池2002、2004以及2006被串联连接。
如图15所示,层叠电池2000还具备电绝缘构件2010。电绝缘构件2010覆盖了电池2002、2004以及2006各自的侧面。由此,能够更坚固地维持层叠电池2000中的多个电池的层叠状态。电绝缘构件2010使用具有电绝缘性的树脂材料来形成。电绝缘构件2010也可以使用例如与密封构件314相同的材料来形成。
再者,层叠电池2000具备的电池的数量可以是3个以上,也可以仅是2个。通过调整层叠的电池的数量,能够得到所希望的电池特性。
另外,在构成层叠电池时,也可以根据需要的特性而并联连接多个电池。另外,将并联连接的2个以上的电池和串联连接的2个以上的电池开混合存在。由此,能够以少量体积实现高容量的层叠电池。
根据以上结构,通过串联地层叠多个单电池,能够得到高电压。因此,能够实现串联型且短路风险小、电连接的可靠性高的层叠电池。即,能够形成在由于集电体彼此的接触引起的短路风险小且减小向发电元件104施加的外力的同时、电连接的可靠性高的串联层叠的双极型结构。
图16是示意地表示实施方式2中的层叠电池2000的使用例的图。如图16所示,层叠电池2000例如被夹入电极压板2020与对电极压板2030之间来加压。在电极压板2020设置有电极取出线2022。在对电极压板2030设置有对电极取出线2032。电极压板2020、对电极压板2030、电极取出线2022以及对电极取出线2032分别使用具有导电性的金属材料等形成。由此,能够经由电极取出线2022及对电极取出线2032从层叠电池2000取出电流。
即使在电极压板2020与对电极压板2030之间夹入电池或层叠电池来加压,通过第一层叠部分410受到加压,也能够兼顾电连接的优良化和发电元件100的破损抑制的效果。
再者,层叠电池2000可内置于密封壳体。作为密封壳体,可使用例如层压袋、金属罐、树脂壳体等的密封壳体。通过使用密封壳体,能够抑制发电元件由于水分而劣化的情况。
[变形例]
以下,对实施方式2的多个变形例进行说明。再者,在以下的多个变形例的说明中,以与实施方式的不同点的为中心进行说明,省略或简化共同点的说明。
<变形例1>
首先,使用图17对实施方式2的变形例1进行说明。图17是表示实施方式2的变形例1中的层叠电池2100的概略结构的图。具体而言,图17(a)和(b)分别是与层叠电池2100的厚度方向平行的2个截面,表示相互正交的2个截面(xz截面和yz截面)。
在变形例1的层叠电池2100中,按每个电池调整第一层叠部分418的位置。具体而言,层叠电池2100具有层叠了3个电池2002、2004以及2006的结构。在变形例1中,3个电池2002、2004以及2006是如图10所示那样发电元件104的俯视形状为矩形、且2个第一层叠部分418沿着矩形的对边而设置的电池。
在层叠电池2100中,使图10所示的电池方向一致地层叠。具体而言,如图17(a)所示,3个电池2002、2004以及2006各自的第一层叠部分418在厚度方向上排列。更具体而言,电池2002的第一层叠部分418和电池2004的第一层叠部分418相接触。电池2004的第一层叠部分418和电池2006的第一层叠部分418相接触。
由此,在施加了外力时也能够减轻对发电元件104的应力,能够抑制层叠电池2100内的发电元件104的层间剥离以及破损等。也就是说,能够提高层叠电池2100内的发电元件104对于外力的机械强度。
另一方面,如图17(b)所示,3个电池2002、2004以及2006各自的第三层叠部分430也在厚度方向上排列。此时,电池2002的第三层叠部分430和电池2004的第三层叠部分430不接触而隔着空间2110。电池2004的第三层叠部分430和电池2006的第三层叠部分430不接触而隔着空间2120。
也就是说,层叠电池2100在层叠的第一电池与第二电池之间具有空间。具体而言,如图17(b)所示,在电池2002与电池2004之间设置有空间2110。在电池2004与电池2006之间设置有空间2120。
空间2110和2120作为散热空间而发挥作用。由于散热空间的朝向一致,因此例如使用冷却风扇等时的风的流通良好,能够高效地冷却。另外,能够通过空间2110和2120吸收伴随电池充放电而引起的体积膨胀。空间2110和2120也能够用作电力布线或光通信等的路径。
<变形例2>
接着,使用图18对实施方式2的变形例2进行说明。图18是表示实施方式2的变形例2中的层叠电池2200的概略结构的图。具体而言,图18(a)和(b)分别是与层叠电池2200的厚度方向平行的2个截面,表示相互正交的2个截面(xz截面和yz截面)。
在图18所示的层叠电池2200中,第一电池的第一层叠部分与第二电池中的不是第一层叠部分的部分相接触。具体而言,在层叠电池2200中,与变形例1的层叠电池2100相比,电池2004的配置朝向不同。具体而言,与图17所示的电池2004相比,图18所示的电池2004在俯视时旋转90°而层叠。也就是说,在本变形例的层叠电池2200中,电池每次层叠时,电池每次旋转90°而层叠。
因此,如图18(a)所示,电池2002的第一层叠部分418、电池2004的第三层叠部分430、电池2006的第一层叠部分418沿厚度方向排列。电池2002的第一层叠部分418和电池2004的第三层叠部分430相接触。电池2004的第三层叠部分430和电池2006的第一层叠部分418不接触而隔着空间2120。
另外,如图18(b)所示,电池2002的第三层叠部分430、电池2004的第一层叠部分418和电池2006的第三层叠部分430沿厚度方向排列。电池2002的第三层叠部分430和电池2004的第一层叠部分418不接触而隔着空间2110。电池2004的第一层叠部分418和电池2006的第三层叠部分430相接触。
像这样地,在图18所示的层叠电池2200中,各电池的第一层叠部分418呈井字状堆叠起来,因此进一步提高层叠电池2200的机械强度。也就是说,能够进一步提高层叠电池2200内的发电元件104对于外力的机械强度。进而,与变形例1同样地,在层叠电池2200中,空间2110和2120作为散热空间发挥作用,因此能够提高散热性。
(其他实施方式)
以上,针对1个或多个方式中的电池及层叠电池,基于实施方式进行了说明,但本公开并不限定于这些实施方式。只要不超出本公开的主旨,对本实施方式施予本领域技术人员可以想到的各种变形的方式、以及将不同的实施方式中的构成要素组合而构建的方式都包含在本公开的范围内。
例如,在上述的实施方式中,密封构件310、312、314、316或317也可以不与电极集电体210、212、214、216或218接触。例如,电极层110可以形成在电极集电体210、212、214、216或218的整个面,密封构件310、312、314、316或317也可以位于电极层110与对电极集电体220或222之间,并与电极层110相接触。
同样地,密封构件310、312、314、316或317也可以不与对电极集电体220或222接触。例如,可以将对电极层120或122形成在对电极集电体220或222的整个面,密封构件310、312、314、316或317也可以位于对电极层120或122与电极集电体210、212、214、216或218之间,并与对电极层120或122相接触。
另外,例如,密封构件310、312、314、316或317也可以不与发电元件100、102、104或106接触。
另外,例如,电解质层130可以不是固体电解质层,也可以是电解液。
另外,例如,在上述各实施方式以及各变形例中,通过使密封构件310、312、314、316或317的厚度与发电元件100、102或104的厚度不同,而对使各第一层叠部分的厚度T1与各第二层叠部分的厚度T2不同的例子进行了说明,但不限于此。例如,各电极集电体和各对电极集电体的至少一方的厚度可以不同。
具体而言,在第1层叠部分410、412、414、416、418或419中,密封构件310、312、314、316或317的厚度可以与发电元件100、102或104的厚度相同,也可以比发电元件100、102或104的厚度小。关于电极集电体210、212、214、216或218和对电极集电体220或222的至少一方的厚度,可以是第一层叠部分410、412、414、416、418或419中的厚度比第二层叠部分420中的厚度大。例如,各电极集电体的第一板部210a、212a、214a、216a或218a的厚度也可以比各电极集电体的第二板部210b的厚度大。或者,各对电极集电体的第一板部220a、222a、224a、226a或228a的厚度也可以比各对电极集电体的第二板部220b的厚度大。
另外,上述各实施方式能够在权利要求书或其等同范围内进行各种变更、置换、附加、省略等。
Claims (17)
1.一种电池,具备单电池、电极集电体、对电极集电体和密封构件,
所述单电池包含电极层、与所述电极层相对的对电极层、以及配置在所述电极层与所述对电极层之间的固体电解质层,
所述电极集电体与所述电极层相接触,
所述对电极集电体与所述对电极层相接触,
所述密封构件配置在所述电极集电体与所述对电极集电体之间,
所述单电池配置在所述电极集电体与所述对电极集电体之间,
沿厚度方向观察所述电池的情况下,
所述电极集电体包含不与所述电极层重叠的第一区域,所述第一区域包含所述电极集电体的外周的至少一部分,
所述对电极集电体包含不与所述对电极层重叠的第二区域,所述第二区域包含所述对电极集电体的外周的至少一部分,
所述密封构件与所述第一区域及所述第二区域重叠,
将所述密封构件的至少一部分设为第一密封部分,
将包含所述第一密封部分、所述电极集电体的一部分中沿厚度方向观察所述电池时与所述第一密封部分重叠的部分、以及所述对电极集电体的一部分中沿厚度方向观察所述电池时与所述第一密封部分重叠的部分在内的部分设为第一层叠部分,
并将包含所述单电池、所述电极集电体的一部分中沿厚度方向观察所述电池时与所述单电池重叠的部分、以及所述对电极集电体的一部分中沿厚度方向观察所述电池时与所述单电池重叠的部分在内的部分设为第二层叠部分,
上述情况下,
所述第一层叠部分的厚度大于所述第二层叠部分的厚度。
2.根据权利要求1所述的电池,
所述密封构件包围所述单电池。
3.根据权利要求1所述的电池,
沿厚度方向观察所述电池的情况下,所述第一层叠部分包含多个岛状部分,所述多个岛状部分彼此分离且位于所述单电池的外侧。
4.根据权利要求1所述的电池,
沿厚度方向观察所述电池的情况下,所述第一层叠部分具有条形,所述条形在所述单电池的外侧沿着所述单电池的外周而配置。
5.根据权利要求1所述的电池,
沿厚度方向观察所述电池的情况下,所述单电池的形状为矩形,
所述第一层叠部分包含沿着所述矩形的2个对边分别配置的2个部分。
6.根据权利要求1所述的电池,
沿厚度方向观察所述电池的情况下,所述第一层叠部分沿着所述单电池的整个周边连续地配置。
7.根据权利要求1所述的电池,
所述第一层叠部分在所述电池的厚度方向上比所述第二层叠部分向两侧突出。
8.根据权利要求1所述的电池,
所述密封构件与所述单电池相接触。
9.根据权利要求1所述的电池,
所述密封构件包含第一密封构件和第二密封构件,所述第一密封构件包含第一材料,所述第二密封构件包含与所述第一材料不同的第二材料,
所述第一密封构件比所述第二密封构件更靠近所述电极集电体,
所述第二密封构件比所述第一密封构件更靠近所述对电极集电体。
10.根据权利要求1所述的电池,
所述密封构件包含第一材料,
所述第一材料是绝缘性且不具有离子传导性的材料。
11.根据权利要求9所述的电池,
所述第一材料包含树脂。
12.根据权利要求9所述的电池,
所述第一材料是选自环氧树脂、丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂以及倍半硅氧烷中的至少一种。
13.根据权利要求1所述的电池,
所述密封构件包含粒子状的金属氧化物材料。
14.根据权利要求1所述的电池,
所述密封构件还包含与所述第一密封部分不同的第二密封部分,
将包含所述第二密封部分、所述电极集电体的一部分中沿厚度方向观察所述电池时与所述第二密封部分重叠的部分、以及所述对电极集电体的一部分中沿厚度方向观察所述电池时与所述第二密封部分重叠的部分在内的部分设为第三层叠部分,
上述情况下,
所述第三层叠部分的厚度与所述第二层叠部分的厚度相等。
15.一种层叠电池,具备第一电池和与所述第一电池层叠的第二电池,
所述第一电池和所述第二电池分别包含单电池、电极集电体、对电极集电体和密封构件,
所述单电池包含电极层、与所述电极层相对的对电极层、以及配置在所述电极层与所述对电极层之间的固体电解质层,
所述电极集电体与所述电极层相接触,
所述对电极集电体与所述对电极层相接触,
所述密封构件配置在所述电极集电体与所述对电极集电体之间,
所述单电池配置在所述电极集电体与所述对电极集电体之间,
沿厚度方向分别观察所述第一电池和所述第二电池的情况下,
所述电极集电体包含不与所述电极层重叠的第一区域,所述第一区域包含所述电极集电体的外周的至少一部分,
所述对电极集电体包含不与所述对电极层重叠的第二区域,所述第二区域包含所述对电极集电体的外周的至少一部分,
所述密封构件与所述第一区域及所述第二区域重叠,
将所述密封构件的至少一部分设为第一密封部分,
将包含所述第一密封部分、所述电极集电体的一部分中沿厚度方向分别观察所述第一电池和所述第二电池时与所述第一密封部分重叠的部分、以及所述对电极集电体的一部分中沿厚度方向分别观察所述第一电池和所述第二电池时与所述第一密封部分重叠的部分在内的部分设为第一层叠部分,
并将包含所述单电池、所述电极集电体一部分中沿厚度方向分别观察所述第一电池和所述第二电池时与所述单电池重叠的部分、以及所述对电极集电体的一部分中沿厚度方向分别观察所述第一电池和所述第二电池时与所述单电池重叠的部分在内的部分设为第二层叠部分,
上述情况下,
所述第一层叠部分的厚度大于所述第二层叠部分的厚度。
16.根据权利要求15所述的层叠电池,
在所述第一电池与所述第二电池之间具有空间。
17.根据权利要求15所述的层叠电池,
所述第一电池的所述第一层叠部分与所述第二电池的不是所述第一层叠部分的部分相接触。
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